Реакция концентрированной азотной кислоты с медью овр

Характеристики меди, реакция металла с азотной кислотой

Устойчивый металл Vs. сильный окислитель

Медь — старейший металл, используемый людьми с давних времен. Медь имеет латинское название — cuprum. Ее порядковый номер — 29. В периодической системе Менделеева медь расположена в четвертом периоде, в первой группе.

Физические и химические свойства меди

Медь — это тяжелый металл розово-красного цвета с ковкой и мягкой структурой. Температура кипения меди — более 1000 °С. Сuprum — хороший электро- и теплопроводник, плавится при 1084 °С, плотность металла — 8,9 г/см³, в природе встречается в самородном виде.

Атом меди имеет 4 уровня. На валентной 4s-орбитали расположен один электрон. Во время химического взаимодействия с другими веществами от атома отщепляется 1—3 отрицательно заряженные частицы, в результате чего образуются соединения меди со степенью окисления «+3», «+2», «+1». Максимальной устойчивостью обладают двухвалентные производные меди.

Медь обладает низкой реакционной способностью. Существует две основные степени окисления металла, проявляющиеся в соединениях: «+1» и «+2». Вещества, в которых данные значения заменяются на «+3», встречаются редко. Медь взаимодействует с углекислым газом, воздухом, соляной кислотой и другими соединениями при очень высоких температурах. На поверхности металла образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет медь от дальнейшего окисления и делает металл стабильным и малоактивным.

Медь взаимодействует с простыми веществами: галогенами, селеном, серой. Металл способен формировать двойные соли или комплексные соединения. Почти все сложные соединения этого химического элемента (кроме оксидов) — это ядовитые вещества. Вещества, которые образовала одновалентная медь, легко окисляются до двухвалентных аналогов.

В химических реакциях медь выступает в качестве малоактивного металла. Металл не растворяется в воде в обычных условиях. В сухом воздухе не протекает коррозия металла, но при нагревании медь покрывается черным оксидным налетом. Химическая устойчивость элемента проявляется при действии углерода, безводных газов, нескольких органических соединений, спиртов и фенольных смол. Для меди характерны реакции комплексообразования, в результате которых выделяются окрашенные соединения. Медь имеет сходства с металлами щелочной группы, связанные с формированием производных одновалентного ряда.

Взаимодействие с азотной кислотой

Медь растворяется в азотной кислоте. Эта реакция осуществляется из-за окисления металла сильным реагентом. Азотная кислота (разбавленная и концентрированная), проявляет окислительные свойства с растворением меди.

При реакции металла с разбавленной кислотой образуется нитрат меди и двухвалентный оксид азота в соотношении 75%:25%. Уравнение реакции:

8H­NO₃ + 3Cu → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

В реакции участвует 1 моль меди и 3 моля концентрированной азотной кислоты. При растворении меди раствор сильно разогревается, в результате чего происходит термическое разложение окислителя и наблюдается выделение дополнительного объема азотных оксидов. Уравнение реакции:

4H­NO₃ + Cu → Cu(NO₃) + 2NO₂ + 2H₂O

Такой способ растворения меди имеет недостаток: во время реакции меди с азотной кислотой происходит выделение большого количества азотных оксидов. Для улавливания (или нейтрализации) азотных оксидов требуется специальное оборудование, потому процесс этот слишком затратный. Растворение меди в азотной кислоте считается завершенным, когда полностью прекращается выработка летучих азотистых оксидов. Температура реакции — 60—70 °С. Следующий этап — спуск раствора из химического реактора. После этого на дне реактора остаются куски меди, не вступившие в реакцию. К полученной жидкости добавляется вода и проводится фильтрация. Нажмите здесь, чтобы изучить свойства меди на примере взаимодействия с другими веществами.

Азотная кислота и медь: реакция на примере опыта

Проследить всю реакцию азотной кислоты и меди можно на примере опыта, положив в концентрированную азотную кислоту пластинку меди. Происходит выделение бурого газа: сначала медленное, затем более сильное. Раствор приобретает зеленую окраску. Если в избытке добавлять медь в процессе реакции, раствор постепенно окрасится в голубой цвет. Реакция меди с азотной кислотой происходит с выделением тепла и токсичного газа, имеющего резкий запах.

Взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой относится к окислительно-восстановительным реакциям. Восстановителем здесь является металл, а окислителем — азотная кислота. Уравнение реакции:

Cu + 4H­NO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O

Реакция экзотермическая, поэтому при самопроизвольном разогреве смеси реакция ускоряется.

Реакция меди с азотной кислотой начинается при комнатной температуре. Металл покрывается пузырьками, они всплывают и наполняют пробирку бурым газом — NO₂ (токсичным ядовитым диоксидом азота с резким запахом). Этот газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Реакция меди с азотной кислотой протекает в два этапа:

  • на первом этапе кислота окисляет медь до оксида меди, выделяя диоксид азота;
  • на втором этапе оксид меди реагирует с новыми порциями кислоты, образуя нитрат меди Cu(NO₃)₂. Смесь разогревается, и реакция протекает быстрее.

Итог: металл растворился и образовался раствор нитрата меди. Благодаря нитрату меди полученный раствор имеет зеленый или голубой цвет (оттенок будет зависеть от количества использованной воды).

Источник

Медь и азотная кислота

Закипает медь при температуре, выше 1000 0 С. Также она является отличным электро- и теплопроводником. Температура ее плавления составляет 1084 0 С. Металл обладает плотностью, равной 8,9 г/см 3 . Атом меди имеет четыре уровня. На валентной 4s – орбитали располагается 1 я «электрон. При химической реакции меди и других вещество от атома отщепляется 1-3 отрицательно заряженные частицы, что, в итоге, образует соединения меди, имеющей степень окисления «+3», «+2», «+1». Самыми устойчивыми являются двухвалентные производные меди.

Реакционная способность меди достаточно низкая. Металл имеет две главные степени окисления, которые проявляются в соединениях: «+1», «+2». Остальные вещества встречаются крайне редко.

Медь вступает в реакцию с углекислым газом, воздухом, соляной кислотой, а также другими соединениями в условиях достаточно высокого температурного режима. Образовавшаяся на поверхности меди пленка, выступает защитным слоем, а также не дает металлу окисляться дальше, в результате чего металл становится стабильным и малоактивным.

Также медь вступает в реакцию с простыми веществами, среди которых галогены, селен, сера. В результате реакции металла, могут образовываться двойные соли или комплексные соединения. Стоит отметить, что практически все сложные соединения данного металла, за исключением оксидов, являются ядовитыми веществами.

При химических реакциях металл проявляет свою малоактивность. Он не растворяется в воде в обычных условиях. В сухом воздухе металл не поддается коррозии, однако, если на медь воздействовать высокими температурами, то на ее поверхности образуется черных оксидный налет. Свою химическую устойчивость данный элемент отлично проявляет под воздействием углерода, безводных газов, нескольких органических соединений, спиртов, а также фенольных смол. Реакции комплексообразования являются типичными для меди. В их результате происходит выделение окрашенных соединений. Медь имеет сходства с металлами щелочной группы, связанные с формированием производных одновалентного ряда.

Медь знакома человеку еще с VII тысячелетия до нашей эры. Причиной такого относительно раннего знакомства с этим металлом, а также хорошее его освоение, является доступность для получения меди из руды, а также достаточно низкая температура плавления. Кроме того, стоит отметить, что самородная медь в природе является достаточно частым явлением, чего нельзя сказать о золоте, серебре и даже железе. Медь отличается своей мягкостью, однако, не смотря на это, все же изготовленные из данного металла орудия труда в далекой древности давали существенный выигрыш против каменных орудий в скорости рубки, сверления, распилки древесины и т.д.

Изначально основным сырьем для получения меди служила малахитовая руда, а не сульфидная. Это связано с техникой обработки указанных руд – в отличие от малахитовой, сульфидная руда требует предварительного обжига.

Медь и азотная кислота

Азотная кислота является сильной одноосновной кислотой. Азотная кислота в твердом виде формирует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решетками. Смешивание азотной кислоты и воды возможно абсолютно в любых пропорциях. Раствор азотной кислоты практически полностью диссоциируют на ионы. В результате смешивания воды и азотной кислоты образуется азеотропная смесь, имеющая концентрацию 68,4%, и которая закипает при температуре 120 0 С в условиях нормального атмосферного давления. Азотная кислота представляет собой очень ядовитое вещество.

Азотная кислота выступает отличным растворителем для меди. Реакция протекает по причине окисления металла сильным реагентом. Азотной кислоте вне зависимости от ее концентрации присущи окислительные свойства с растворением меди. Следует отметить, что медь и разбавленная азотная кислота, вступая в реакцию, образуют нитрат меди и двухвалентный оксид азота:

Участниками данной реакции являются 1 моль меди и 3 моля концентрированной азотной кислоты. Во время процесса растворения данного металла происходит выделение теплоты, т.е. температура раствора достаточно сильно повышается, что приводит к термическому разложению окислителя, а также к выделению дополнительного количества азотных оксидов:

Однако, следует отметить недостаток такого способа растворения меди. Он состоит в том, что в процессе реакции между медью и азотной кислотой выделяются азотные оксиды в достаточно большом количестве, чтобы нейтрализовать которые необходимо применение специального оборудования. В связи с этим, данный процесс является очень дорогостоящим. Процесс растворения данного металла в азотной кислоте является полностью оконченным в то время, когда азотистые оксиды больше не выделяются. Температура реакции составляет 60-70 0 С. Следующим этапом является освобождение химического реактора от раствора, после чего на его дне можно наблюдать куски меди, которые не участвовали в реакции. Далее в полученную жидкость вливается вода, после чего жидкость подвергается фильтрации.

Взаимодействие меди и азотной кислоты можно проследить на примере опыта, в основе которого лежит помещение медной пластины в емкость с концентрированной азотной кислотой. Таким образом, когда медь и раствор азотной кислоты начинают реагировть, выделяется бурый газ. На начальном этапе реакции выделение этого газа достаточно медленное, однако, в процессе реакции постепенно усиливается. Результатом является изменение цвета раствора – он приобретает зеленый окрас. Если же во время реакции продолжать добавлять металл, то раствор постепенно приобретет голубой окрас.

В результате реакции меди и азотной кислоты выделяется тепло, а также образуется токсичный газ, обладающий характерный резкий запах.Вступление в реакцию меди с концентрированным раствором азотной кислоты является окислительно-восстановительным процессом. В данном случае в роли окислителя выступает именно азотная кислота, а роль восстановителя играет медь.

Реакция является экзотермической, в связи с чем, если происходит самопроизвольный разогрев смеси, то, соответственно, происходит и ускорение реакции.

Медь начинает реагировать с азотной кислотой в условиях комнатной температуры. В данном процессе можно заметить образование пузырьков на поверхности металла. Данные пузырьки всплывают, в результате чего происходит наполнение пробирки бурым газом – NO2. Данный газ в 1,5 раза тяжелее воздуха.

В процессе взаимодействия меди и азотной кислоты можно выделить два этапа:

  1. Первый этап характеризуется тем, что образуется оксид меди с выделением диоксида азота;
  2. На втором этапе происходит реакция оксида меди и новых порций кислоты, в результате чего образуется нитрат меди – Cu(NO3)2. Температура смеси повышается, что значительно ускоряет процесс реакции.

В результате реакции азотной кислоты и сульфида меди образуется нитрат меди, серная кислота, оксид азота и вода.

Источник

Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ

Окислительные свойства азотной кислоты.

ОВР в статье специально выделены цветом . Обратите на них особое внимание. Эти уравнения могут попасться в ЕГЭ.

автор статьи — Саид Лутфуллин

Азотная кислота – в любом виде (и разбавленная, и концентрированная) является сильным окислителем.

Причем, разбавленная восстанавливается глубже, чем концентрированная.

Окислительные свойства обеспечиваются азотом в высшей степени окисления +5

Какая валентность у азота в этом соединении? Вопрос очень хитрый, многие отвечают на него корректно. У азота в азотной кислоте валентность IV .

Атом азота не может образовать больше ковалентных связей, посмотрите на электронную диаграмму:

Три связи с каждым атомом кислорода, и четвертая как бы распределяется, образуется полуторная связь. Таким образом, валентность азота IV, а степень окисления +5

Первое самое интересное свойство: взаимодействие с металлами.

Водород при взаимодействии с металлами никогда не выделяется

Схема реакции азотной кислоты (и разбавленной, и концентрированной) с металлами:

HNO 3 + Ме → нитрат + H 2 O + продукт восстановленного азота

1. Алюминий, железо и хром с концентрированной азотной кислотой в нормальных условиях не реагируют, из-за пассивации. Нужно нагреть.

2. С платиной и золотом концентрированная азотная кислота не реагирует вообще.

Чтобы понять до чего вообще может восстанавливаться азот, посмотрим на диаграмму его степеней окисления:

Азот +5 – окислитель, будет восстанавливаться, то есть понижать степень окисления.

Все возможные продукты восстановления азотной на диаграмме обведены красным.

(Не все конечно, такие реакции вообще что угодно дать могут, но в ЕГЭ образуются только эти).

Определить какой именно продукт будет образовываться можно чисто логически:

  • до таких низких степеней окисления как -3 или +1, с образованием продуктов NH 4 NO 3 или N 2 O соответственно, азот восстанавливают только достаточно сильные, активные металлы: щелочные — 1-я группа главная подгруппа, щелочноземельные, а так же Al и Zn . Как ранее уже было сказано, разбавленная кислота восстанавливается глубже, поэтому при взаимодействии активных металлов с конц. азотной кислотой образуется N 2 O , а при взаимодействии с разб. азотной кислотой NH 4 NO 3.

Остальные металлы восстанавливают азотную кислоту до +2 или +4, с образованием продуктов соответственно: NO или O 2.

Разбавленная кислота восстанавливается глубже

  • при взаимодействии с ней металлов, не отличающихся особой активностью, будет образовываться NO . Ну а с конц. азотной NO 2:

(обратите внимание, что железо окисляется до высшей степени окисления)

Если тяжело сразу понять всю логичность выбора, вот таблица:

А зотная кислота окисляет неметаллы до высших оксидов.

Так как неметаллы – не такие сильные восстановители, как активные металлы, азот может восстановиться только до +4, образовав NO 2 или NO соответственно.

При окислении неметаллов концентрированной азотной кислотой образуется бурый газ ( NO 2), а если кислота разбавленная, то образуется NO . Схемы реакций следующие:

неметалл + HNO 3(разб.) → соединение неметалла в высшей степени окисления + NO

неметалл + HNO 3(конц.) → соединение неметалла в высшей степени окисления + NO 2

(угольная кислота не образуется, так как она не стабильна)

  • концентрированная азотная кислота окисляет сероводород. Окисление идет глубже при нагревании:
  • концентрированная азотная кислота окисляет сульфиды до сульфатов:
  • азотная кислота настолько сурова, что может окислить даже ГАЛОГЕН. Только один – иод. Разбавленная восстанавливается глубже: до +2, концентрированная до +4. А вот иод окисляется не до высшей степени окисления +7 (слишком круто), а до +5, образуя иодноватую кислоту HIO 3:
  • концентрированная азотная кислота реагирует с хлоридами и фторидами. Только следует понимать, что с фторидами и хлоридами протекает обычная реакция ионного обмена с вытеснением галогеноводорода и образованием нитрата:
  • А вот с бромидами и иодидами (и с бромоводородами, и с иодоводородами) протекает ОВР. В обоих случаях образуется свободный галоген, а азот восстанавливается до NO 2:

Образовавшийся иод окисляется дальше до иодноватой кислоты, поэтому реакцию можно записать сразу:

То же самое происходит при взаимодействии с иодо- и бромоводородами:


Реакции с золотом, магнием, медью и серебром

Источник